Бывает ли полное внутреннее отражение при переходе из воздуха в воду?

Нет. ПВО возможно только из среды с большим n в среду с меньшим n. Из воздуха в воду луч всегда преломляется внутрь (и частично отражается), критического угла на этой границе нет.

Отражается ли при ПВО вся энергия?

В идеальных прозрачных средах с гладкой границей — да, преломлённого луча нет. В веществе есть поглощение и шероховатость; у хорошего волокна потери на границе всё же малы.

Как ПВО связано с оптическим волокном?

Сердцевина с большим n окружена оболочкой с меньшим n. Лучи, падающие на границу круче критического угла, многократно отражаются и идут вдоль волокна. На этом держится передача сигнала.

Почему отражённый луч виден ещё до критического угла?

На любой границе двух сред часть света отражается (формулы Френеля), часть преломляется. До θ_c отражение частичное. После θ_c преломление пропадает, отражение становится полным.

Полное внутреннее отражение

Критический угол θ_c = arcsin(n₂/n₁); луч из более плотной среды и аналогия с волокном.

О модели

Полное внутреннее отражение возникает, когда свет идёт из среды с большим показателем n₁ в среду с меньшим n₂ и угол падения превышает критический θ_c = arcsin(n₂/n₁). До критического угла есть и преломлённый, и частично отражённый луч; после — преломлённого нет, вся энергия в идеальной модели возвращается по закону отражения. Закон преломления n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ при θ₂ = 90° как раз даёт θ_c. Граница плоская, среды без поглощения. Меняются n₁, n₂ и угол падения; на схеме также намёк на сердцевину волокна, где то же ПВО удерживает луч.

Для кого: 9–11 класс и начало вуза: критический угол и полное внутреннее отражение.

Ключевые понятия

полное внутреннее отражение
критический угол
закон преломления
показатель преломления
угол падения
угол преломления
оптически более плотная среда
волоконная оптика

Как это работает

Свет идёт из нижней, более плотной среды вверх. Пока θ_i < θ_c = arcsin(n₂/n₁), есть преломлённый луч; при θ_i > θ_c он исчезает — полное внутреннее отражение. На схеме рядом — намёк на сердцевину волокна. Поглощение и затухающая волна за границей здесь не считаются.

Основные формулы

n₁ sin θᵢ = n₂ sin θₜ (Снеллиус)

θ_crit = arcsin(n₂/n₁) при n₁ > n₂

Часто задаваемые вопросы

Бывает ли полное внутреннее отражение при переходе из воздуха в воду?: Нет. ПВО возможно только из среды с большим n в среду с меньшим n. Из воздуха в воду луч всегда преломляется внутрь (и частично отражается), критического угла на этой границе нет.
Отражается ли при ПВО вся энергия?: В идеальных прозрачных средах с гладкой границей — да, преломлённого луча нет. В веществе есть поглощение и шероховатость; у хорошего волокна потери на границе всё же малы.
Как ПВО связано с оптическим волокном?: Сердцевина с большим n окружена оболочкой с меньшим n. Лучи, падающие на границу круче критического угла, многократно отражаются и идут вдоль волокна. На этом держится передача сигнала.
Почему отражённый луч виден ещё до критического угла?: На любой границе двух сред часть света отражается (формулы Френеля), часть преломляется. До θ_c отражение частичное. После θ_c преломление пропадает, отражение становится полным.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 50 в «Оптика и свет».

Вся категория →

ПопулярноеШкольные